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Université des Sciences et de la Technologie Mohamed Boudiaf-Oran Faculté de Ch

Université des Sciences et de la Technologie Mohamed Boudiaf-Oran Faculté de Chimie Département de Chimie Organique Industrielle TRAITEMENT ET CONDITIONNEMENT DES EAUX DE PROCESS Cours destinés aux étudiants de Master 2 Spécialité : Génie des Procédés de l’environnement (GPE) Réalisé par : Dr DJEDIAI Houria Maitre de conférences B 2016/2017 PREFACE Le module de traitement et conditionnement des eaux industrielles est destiné aux étudiants de Master 1 du Génie des Procédés de l’environnement et aux élèves ingénieurs ayant des notions de base en Chimie générale en thermodynamique et en chimie physique. L’objectif de ce support de cours est l’explication et l’application des principes fondamentaux de la thermodynamique pour comprendre les notions de base des procédés de traitement des eaux industrielles, pour une meilleure gestion et surtout une amélioration du rendement de production industrielle. Ce présent polycopié mets à la disposition des étudiants de Master les outils nécessaires au traitement des eaux industrielles particulièrement les eaux de chaudières ainsi que le suivi des circuits de refroidissements, ce support de cours permettra aussi une meilleure maitrise de la gestion des eaux industrielles afin d’assurer meilleur rendement à moindre coût. Le but essentiel de ce cours est d’aider les étudiants à mieux comprendre, du point de vue d’un chimiste, comment gérer, améliorer les procédés d’utilisations et de traitement des eaux industrielles. Dr DJEDIAI Houria INTRODUCTION Dans ce polycopié, nous avons donné un aperçu sur l’importance de l’eau dans l’industrie, l’importance des propriétés physico chimiques de l’eau dans le traitement des eaux industrielles Les systèmes de refroidissement sont fondés sur les principes de la thermodynamique. Ils facilitent les échanges de chaleur entre le fluide de procédé et le réfrigérant ainsi que le rejet de la chaleur non récupérable dans l'environnement. Les systèmes de refroidissement industriel peuvent être classés selon leur conception et le type de réfrigérant utilisé: eau ou air ou une combinaison des deux. Les échangeurs de chaleur améliorent l'échange de chaleur entre le fluide de procédé et le réfrigérant. Le réfrigérant transporte la chaleur dans le milieu ambiant. Dans les systèmes en circuit ouvert, le réfrigérant est en contact avec le milieu ambiant. Dans les systèmes en circuit fermé, le réfrigérant ou le fluide de procédé circule dans des tubes ou des serpentins et il n'est pas en contact direct avec l'environnement. Les systèmes à une passe sont généralement utilisés dans des installations de grande capacité localisées sur des sites disposant de sources d'eau de refroidissement et d'eaux de surface suffisantes. En l'absence de source d'eau sûre, on utilise des systèmes de refroidissement forcé (tours de refroidissement, également appelées aéro réfrigérants). Un deuxième chapitre va porter, les caractéristiques et le traitement des eaux de chaudières, différentes filières de traitement spécifiques aux chaudières basse, moyenne et haute pression seront élaborées. Le troisième chapitre sera consacrer à l’étude des différents types de circuits de refroidissement voire les circuits ouverts, fermés, semi fermés, nous exposerons aussi les problèmes, d’entartrage, de corrosion et de salissures rencontrés dans ces circuits. Enfin pour clôturer ce chapitre, nous élaborons les différentes méthodes de traitements des eaux de chaudières, Traitement de l’appoint. SOMMAIRE Introduction générale Chapitre I: Les eaux de refroidissement I.1.Généralités sur l’eau P 1 I.2 Les propriétés physiques et chimiques de l’eau P 1 I.2.1.Les propriétés physiques de l’eau P2  La viscosité P2  Tension superficielle P3 I.2.2.Les propriétés thermiques P3 I.2.3Les propriétés électriques P4 I.2.4. Les propriétés optiques P4 I.3. Unités usités en analyse des eaux P5 I.4. Les paramètres globaux de la qualité des eaux P6 I.4.1. Eléments physico chimiques majeurs prépondérants P6 I.4.1.1 Température et pH p7 I.4.1.2. Conductivité électrique P7 I.4.1.3Détermination de la minéralisation globale P7 I.4.1.4.Résidu Sec P8 I.4.1.5.Dureté ou titre hydrotimétrique (TH) P8 I.4.1.6. Alcalinité et titre Alcalimétrique P9 .I.5.Les eaux industrielles P11 I.5.1. Les principales utilisations des eaux industrielles P11 I.5.1.1.Le recyclage sans altération de l’eau P13 I.5.1.2.recyclage avec altération de l’eau P15 I.5.1.3.Réutilisation d’eau ou utilisation en cascade P15 I.5.2.Choix des sources d’eau P16 Chapitre II: Traitement des eaux de chaudières II.1.Spécification des eaux de chaudières P17 II.1.1 Thermodynamique de la vapeur d’eau P17 II.1.1.1 Les unités P17 II.1.1.2 lLes changements d’états de la matière P17 Diagramme de MOLLIER P19 Exemples P20 II.1.2 Principe de fabrication de la vapeur P22 II.1.2.1 La qualité de l’eau d’alimentation d’un générateur de vapeur conventionnel P23 II.1.3. Principaux problèmes liés à l’emploi de l’eau brute P24 II.2 Traitement des eaux de chaudières P27 II.2.1. Alcalinisation et pH P27 II.2.1.1 Soude caustique P27 II.2.2 Dégazage P28 II.2.3.Emploi des phosphates P29 II.2.4.Inhibiteur de corrosion P30 II.2.5. Conditionnement antiprimage P32 II.3. Contrôle des eaux de chaudières P32 Chapitre III: Traitement des eaux de refroidissements III.1. Les circuits de refroidissements P33 III.1.1. Les Circuits ouverts P34 III.1.2.Les Circuits semi fermés P34 III.1.3. Les circuits totalement fermés P37 III.2 Problèmes posés par circuits de refroidissements P37 III.2.1. Entartrage P37 III.2.2 corrosion P39 III.2.3. Encrassement biologiques des circuits P40 III.3. Traitement et Conditionnement des eaux de refroidissements p41 III.3.1. Protection contre les risques d’entartrage et de corrosion P41 III.3.2. Procédé dit d’ «équilibre naturel» P41 III.3.3. Procédé avec inhibiteurs d’entartrage P42 III.3.4. Avantage et limitres des procédés retardateurs de précipitation P42 III.3.5 Amélioration obtenus par l’apport d’inhibiteurs complémentaires P42 III.3.6 Proc2dés avec inhibiteurs de corrosion P43 III.3.7 Protection contre les salissures et les développements biologiques P43 REFERENCES 1. RODIER.J, L’analyse de l’eau, 9ème Edition, DUNOD, PARIS, 2009 2. MORAN.F, Traitement des eaux des circuits de refroidissements, Société Concorde Chimie France, Editions Parisiennes. 3. MORAN.F, Traitement des eaux de chaudières, Société Concorde Chimie France, Editions Parisiennes. 4. DEGREMONT SUEZ, Mémento technique de l’eau, Tome1, 10ème édition Lavoisier. 5. DEGREMONT SUEZ, Mémento technique de l’eau, Tome2, 10ème édition Lavoisier. 6. SIGG.L, BEHRA.P,STUMM .W, Chimie des milieux aquatiques, 5ème édition , DUNOD,2014. 7. Commission Européenne, document de référence sur les meilleures techniques disponibles, Systèmes de refroidissement industriels, Décembre 2001, Cours: Traitement et conditionnement des Eaux de process Chapitre I H.Djediai, USTOMB, Faculté de Chimie, Département de COI, 2016/2017 1 Chapitre I: Les eaux de refroidissement I.1.Généralités sur l’eau L’eau est un constituant essentiel de tous les organismes vivants et est le milieu à partir duquel la vie a évolué et dans lequel la vie existe., l’eau douce est inégalement répartie sur terre ce qui engendre de sérieux problèmes entre les pays et des conflits surviennent souvent sur le problème d’approvisionnement en eau. Tableau. I.1. les réserves en eau sur la terre Localisation Planète Pourcentage Eaux superficielles Lacs 125 000 0.009 Rivières 1300 Glaciers 200 000 0.015 Calottes glacières 28 800 000 2.1 Lacs salés 100 000 0.007 Eaux sol et sous sol Humidité du sol 65 000 0.005 Eaux souterraines 0 à 1000 m 4 000 000 0.29 < 1000 m 4 000 000 0.29 Atmosphère 13 000 0.01 Océans 1 320 000 000 97.0 TOTAL 1 360 000 000 100 I.2 Les propriétés physiques et chimiques de l’eau  L’eau est un composé incolore. inodore constitué de molécules chaque. molécule d’eau est formé d’un atome d’Oxygène et de deux atomes d’hydrogène que l’on représente par : H2OLa structure de l’eau dépend de son état physique : - L’état gazeux : (vapeur) correspond à la formule chimique de l’eau. - L’état liquide et solide de l’eau : la structure tétraédrique est du à l’arrangement et l’association des molécules sous l’influence des liaisons intermoléculaires dites liaisons hydrogène. Cours: Traitement et conditionnement des Eaux de process Chapitre I H.Djediai, USTOMB, Faculté de Chimie, Département de COI, 2016/2017 2 Figure 1.1. Les molécules d'eau à l’état gazeux, liquide et solide I.2.1.Les propriétés physiques de l’eau Les propriétés physiques de l’eau qui font de l'eau un liquide essentiel à la vie sont toutes reliées à sa structure moléculaire à sa masse volumique, sa viscosité, sa conductivité et sa tension superficielle, ils interviennent d’une manière directe dans les procédés de traitement de l’eau. Son grand pouvoir de solubilisation lui permet de véhiculer les nutriments aussi bien à l'intérieur des organismes vivants qu'à l'extérieur.  La masse volumique : ƿ = m/V unité Kg/m3 (I.1) Elle varie avec la température et la pression - Conséquences naturelles : stratification des lacs - Conséquences au niveau de la STEP : remontée des boues Exemple1: Si 5 m3de certaines huiles pèsent 45 kN, calculer le poids spécifique, la densité, et la masse volumique de l'huile. Réponse1: 9 KN/ m3 ; 0.917 ; 914.43 Kg/ m3 Exemple2 : Déterminer la densité de l’air sous un vide de 440 mm Hg, à –40 °C Réponse2: 0.615 Kg/m3  La viscosité Elle exprime la résistance du fluide à s’opposer aux divers mouvements soit internes de turbulence soit globaux (écoulement). Vapeur Solide Liquide Cours: Traitement et conditionnement des Eaux de process Chapitre I H.Djediai, USTOMB, Faculté de Chimie, Département de COI, 2016/2017 3 On distingue deux types de viscosités : o La viscosité dynamique (µ) donnée par le rapport de la contrainte tangentielle (T) et le gradient de la vitesse (dv/dy) perpendiculaire au plan de glissement. µ(Pa.s) = T/ (dv/dy) (I.2) o La viscosité cinématique (ʋ) définie par le rapport de la viscosité dynamique (µ) uploads/Industriel/ djediai-cours-2017.pdf